基于SMA神经网络本构模型的结构地震响应控制

利用遗传算法优化BP神经网络初始权/阀值,建立SMA神经网络本构模型,并将优化配置后的SMA应用到一空间杆系结构,通过MATLAB编写Newmark-β算法程序求解结构动力反应,与振动台试验结果进行对比。结果表明,相比未优化的SMA神经网络本构曲线,优化后本构曲线能更好地预测SMA在反复荷载作用下的超弹性恢复力,是一种稳定性较高的速率相关型动态本构模型。应用优化配置的SMA丝进行振动控制后,结构地震反应峰值仿真结果与试验结果基本吻合,且得到有效地抑制,验证了SMA神经网络本构模型的适用性和采用MATLAB进行SMA被动控制仿真的可行性。     

不锈钢钢筋钢纤维混凝土梁撞击力学性能试验研究

为研究不锈钢钢筋钢纤维混凝土(SFSRC)梁在冲击荷载作用下的动态力学性能,采用超高重型多功能落锤冲击试验系统,对4根不同掺率的SFSRC梁进行落锤冲击试验。结果表明：钢纤维体积掺量由0%提升至2%的过程中,试件冲击力峰值逐渐增加,跨中峰值位移逐渐降低,整体的耗能阻裂能力逐渐增强,破坏模式由弯剪破坏向弯曲破坏过渡;而钢纤维体积掺量由2%提升至3%的过程中,试件冲击力峰值增长缓慢,跨中峰值位移反而增大,破坏模式由弯曲破坏向弯剪破坏过渡。钢纤维的掺入可以明显抑制梁锤接触区域的局部损伤,并提升试件的抗冲击刚度;较高冲击能量下,与普通混凝土相比,钢纤维混凝土能充分使不锈钢钢筋发挥作用,试件表现较好的延性。     

不同预留滑移量下摩擦滑移隔震框架地震反应

为研究不同预留滑移量下隔震结构的地震反应规律,以软钢实体圆锥棒作为限位消能装置,运用Stateflow逻辑框图模拟隔震层的运动状态,采用Bouc-Wen模型描述弹塑性杆件限位器的滞回特性,建立了摩擦滑移隔震框架结构的MATLAB/Simulink仿真模型,对隔震结构的动力反应和能量反应进行分析,并将纯摩擦动力反应的仿真值与振动台试验结果进行对比.结果表明:纯摩擦动力反应仿真值与试验值基本吻合;随着预留滑移量的增大,上部结构的加速度反应并没有明显增加,但隔震层的滑移量增加,限位器的变形减小;滑移隔震结构的阻尼耗能与预留滑移量关系不大,滑移量的变化主要改变了隔震结构体系的地震输入能量,而对其他能量指标影响较小.     

变阻尼式TMD对小雁塔减震控制研究

以传统TMD为基础,设计并制作了一种新型变阻尼式TMD;利用流体力学理论,推导了该阻尼器的等效阻尼系数,建立了变阻尼式TMD体系的MATLAB/Simulink仿真模型,并对一缩尺比例为1/10的小雁塔模型结构进行了仿真分析,通过振动台试验结果与仿真分析值的验证对比后,进一步将该方法应用于小雁塔原型结构的减震分析。结果表明:小雁塔模型结构仿真分析值与试验值大致吻合,验证了该仿真分析方法的可靠性;针对小雁塔原型结构,变阻尼式TMD能够显著地降低结构地震响应,而且结构本身响应越大,控制效果越好;当结构本身响应较小时,由于变阻尼的作用,也能取得较好的控制效果。     

干式空心电抗器模型结构减震控制试验及数值分析

基于压电陶瓷驱动器的工作原理以及形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝的力学性能特点,研发一种SMA压电混合减震装置,对其进行电-力学试验,并在试验数据的基础上建立以速率符号、电压和位移为神经元输入的混合装置BP网络预测模型。最后将其安装到一个相似比1∶2的10 kV干式空心电抗器结构模型中,其中压电驱动器的激励电压采用T-S模糊逻辑输出,对其进行无控、被动控制和混合控制时的模拟地震振动台试验和数值模拟,进而分析模型结构的动力特性变化规律和不同地震波时的地震响应抑制效果。结果表明:文中研制的SMA-压电摩擦混合减震装置性能稳定、构造合理,可以有效地降低电抗器结构的动力反应。一般地,被动控制时位移和加速度的减震率可达40%,混合控制时可达50%,且震后未见电抗器结构薄弱部位发生地震破坏,说明智能材料减震系统提高了电抗器结构的抗震可靠性,为电气设备系统的减震控制保护提供了新途径。另外,试验与数值模拟结果吻合较好,表明BP神经网络可以较好地跟踪压电SMA混合减震装置的输出力。     

空间桁架模型压电摩擦阻尼器半主动优化控制

基于压电材料的逆压电效应,将压电陶瓷驱动器与被动摩擦阻尼器结合,设计了一种新型压电摩擦阻尼器,通过施加电压来改变摩擦片间的滑动摩擦阻尼力,从而实现结构的实时半主动控制。分析了该阻尼器的工作原理和构造方法,推导了相应的阻尼力模型。采用遗传算法对空间桁架模型结构进行了不同数量下压电摩擦阻尼器布置位置的优化研究,并利用基于线性二次型经典最优控制(LQR)算法的半主动控制策略,分析了不同数量压电摩擦阻尼器在随机布置和优化布置下对结构地震反应的控制效果。结果表明,新型压电摩擦阻尼器对空间桁架模型结构的地震反应有较好的抑制效果,采用遗传算法进行阻尼器优化布置后,最大控制效果可达57%,相比随机布置阻尼器时控制效果可提高近8%。     

新型SMA-SPDS对小雁塔减震控制分析

根据悬摆减震原理,结合形状记忆合金,设计并制作了一种新型形状记忆合金复合悬摆减震系统(SMA-SPDS),并对该减震系统进行了动力测试。采用有限元软件ANSYS建立小雁塔模型结构减震控制模型,并将模拟分析值同试验结果作对比,验证减震控制模型的可靠性,同时,将该控制方法进一步应用于小雁塔原型结构。结果表明:文中研发的SMA-SPDS频率和阻尼均可调可控,系统性能稳定,减震效果明显;小雁塔模型结构减震控制模拟计算值与试验值基本吻合;随着控制模态阶次的提高,需要的SMA-SPDS的数量增加,对小雁塔结构的控制效果也明显提高。     

新型SMA-SPDS对小雁塔减震控制分析

根据悬摆减震原理,结合形状记忆合金,设计并制作了一种新型形状记忆合金复合悬摆减震系统(SMA-SPDS),并对该减震系统进行了动力测试。采用有限元软件ANSYS建立小雁塔模型结构减震控制模型,并将模拟分析值同试验结果作对比,验证减震控制模型的可靠性,同时,将该控制方法进一步应用于小雁塔原型结构。结果表明:文中研发的SMA-SPDS频率和阻尼均可调可控,系统性能稳定,减震效果明显;小雁塔模型结构减震控制模拟计算值与试验值基本吻合;随着控制模态阶次的提高,需要的SMA-SPDS的数量增加,对小雁塔结构的控制效果也明显提高。     

SMA压电复合减震装置电力学性能及其本构模型

针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器控制力不可调和压电摩擦阻尼器启动难的问题,提出了一种SMA单元和压电摩擦单元依次工作的复合减震装置,进行了相应的电力学性能试验,分析了位移幅值、激励频率和输入电压对复合减震装置力学性能的影响。在试验结果的基础上,建立了以速率符号、电压和位移为神经元输入的优化反向传播(back propagation,简称BP)神经网络预测模型。结果表明,该复合减震装置的滞回曲线饱满且基本对称,工作性能稳定,随着电压的增大,滞回环的面积逐渐增大,耗能能力不断增强。在位移幅值为12mm、电压为120V下,单圈耗能量提高了138.23%,等效阻尼比提高了94.23%。两种智能材料经过合理组合而成的SMA压电复合减震装置耗能好、适应性强,可以更好地用于工程结构的减震控制。BP网络预测模型能够较好地跟踪SMA类复合减震装置的输出,而优化后的BP网络更加稳定,能够快速得到误差更小的网络模型,该神经网络算法为SMA类复合减震装置本构模型的建立和应用提供了新途径。